出水

导弹等物体从水下经过水和空气的交界面进入空气的运动过程(见图)。20世纪40年代末,开始从水下发射导弹,促进了出水问题的研究。

导弹出水

潜艇发射的导弹经历发射管内弹道、水下弹道、出水过程和空中弹道而飞向目标。发射用的气体有时尾随导弹从发射管排出,影响导弹的水下弹道和出水过程。潜艇运动(包括前进、俯仰和滚转)和海流对导弹的水下弹道和出水过程也有影响。水下的导弹离开发射管后,一般在肩部会出现蒸汽空泡。空泡分离线的不规则变动,涡空泡从导弹表面的不规则泄落,都对出水弹道有很大影响,使出水后导弹的姿态角(导弹轴线与铅垂线的夹角)散布加大。从导弹鼻尖接近水的自由面时起,自由面对出水过程的影响便不容忽视。导弹穿过自由面时所受到的水阻力会突然减少,而且相对于弹体往往是不对称的,会使弹道发生折转。导弹出水还受波浪的影响,这更增加出水过程的随机性。研究出水问题最关键的是确定出水后导弹的姿态角和速度变化规律。

出水所要探讨的力学问题是带有空泡穿过自由面的非定常绕流问题,同时要考虑波浪的影响。这些问题与刚体动力学耦合在一起,构成水弹道学的一部分。出水模型实验是在密闭水箱内进行的。箱内压力可以根据模型缩尺比调节 (实验时水面上的空气压力为原型压力的1/klkl=原型弹长/模型弹长),以满足空化相似的要求。实验水箱一端有造波设备,产生波浪以研究海洋波浪对出水过程的影响;另一端有消波设备,使造波设备所造的波浪不反射回到导弹出水区域。可以按相似要求以一定速度拖动发射系统,以模拟海流和潜艇运动。实验的相似参数是弗劳德公式 符号 空化数 公式 符号质量数m/ρL3转动惯量I/ρL5质心坐标数 xC/LyC/LzC/L,其中U为物体离开发射管的速度;m为物体的质量;I为物体的转动惯量;L为物体的特征长度;xCyCzC为物体的质心坐标;p pC分别为特征压力和空泡压力;ρ为水的密度;g重力加速度。为了模拟发射过程的内弹道,模型实验发射系统的有关参量(如发射气体的压力、密度、温度、比热比等)也要与原型相似(见水动力学实验)。

参考书目
  1. J.G.沃、G.W.塔布斯塔德著,陈九锡、张开荣译:《水弹道学模拟》, 国防工业出版社,北京,1979。(J.G.Waugh and G. W.Stubstad,Hydroballistics Modeling,U.S.Government Printing Office, Washington,D.C.,1975.)
  2. Ven Te Chow ed., Advance in Hydroscience,F.S.Burt, New Contribution to Hydroballistics,Vol.1, Academic Press,New York,1964.

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